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【摘要】为保证胶带输送机安全可靠运转，DTII型带式输送机配用限矩型液力偶合器。
经多方案综合比较及对MST软启动等设备的调研情况 ，本次设计推荐MST软启动方式为主井带式输送机驱动方案。
【关键词】限矩型；液力偶合器；调速型；CST；MST机械；软启动
阳煤集团南岭公司主斜井皮带机长586.8m，提升高度215.87m，输送量350t/h，带速2.5m/s，带宽1000m，倾角21°～15°，电机功率280KW（2台）。为防止动应力波造成的振动对带式输送机的损害，对主斜井输送机的驱动方式作了慎重的方案比较。由于硬启动方式会对带式输送机带来冲击，对输送机造成破坏。软启动驱动方式会避免动应力波造成的振动对带式输送机的损害。因此，通过对皮带软启动装置的对分析，确定软启动方式。
1. 限矩型液力偶合器
限矩型液力偶合器除了其启动特性不可控外，其优缺点和调速型液力偶合器基本相同，其体积较调速型液力偶合器要小。
限矩型液力偶合器有以下优点 ：
1.1低磨损免维护设计， 连接简单。
1.2设计紧凑， 便于井下运输和安装。
1.3在福伊特加大延充腔设计的基础上再采用福伊特专利设计的后辅腔， 可以大大提高充液量从而提高热容量， 增加热吸收能力， 并且后辅腔的设计可以使启动瞬间的力矩从零开始建立， 然后缓慢增加， 直到皮带机加速完成。
1.4TVVS系列偶合器最大的特点应该是能自动适应负载变化. 即在没有任何外在控制的前提下， 可以根据皮带机装载状况（满载， 空载， 或半空载等）自动调节输出力矩， 保证加载在皮带上的拖曳力矩始终能满足皮带机驱动要求， 并且不高于负载力矩的140%， 这样就很好的保证了系统各个部件的使用安全， 尤其是保护了皮带不受损坏， 并大大提高皮带的使用寿命。皮带空载情况下，启动时间为8～10s；皮带满负荷情况下，启动时间为25s左右。
1.5采用普通水介质，满足井下安全标准。此型号偶合器已经获得国家煤矿安全标准委员会颁发的进口设备煤炭安全标志认证。
此配置的优点是结构简单，缺点是由于起车性能差，启动特性不可控，一旦超载失效后易损坏，且维护恢复后传动效率将下降，必须采用以下环节解决：
（1）电机需要较大的裕度，通常K 取1.5～1.6。这样就造成了皮带机除了购置费用增加、起车时对电网冲击大外，浪费电费就成为一大顽症。
（2）由于液力偶合器的软启动效果非常差，为了提高皮带机的安全性，胶带安全系数取的很大，通常n取8～9，购置费用高。
（3）同样，由于液力偶合器的软启动效果差，对于滚筒、机架、托辊等主要部件冲击大，工作寿命低，使用成本高。
此软启动方式技术落后，与机械软启动和变频不属于一个档次的产品，没有可比性。
2. 调速型液力偶合器
调速型液力偶合器以液体为介质 ，通过电控系统调节勺管的移动 ，改变传递动力液体的流量 ，达到改变输送机的速度，并使加速度保持在0.11～0.13/m2的变化范围之内。
2.1调速型液力偶合器有以下优点 ：
（1）能够隔离扭振，减缓冲击，防止动力过载，保护电机、工作机不会因过载而损坏。
（2）用于多机驱动时，能协调功率平衡，减少电网冲击电流。
（3）易实现对工作机自动控制，操作简便。
（4）投资少，简化电器设备，降低运行费用。
（5）结构简单可靠，无机械磨损，能在环境恶劣条件下工作 ，无需特殊维护 ，使用寿命长。
2.2其缺点是 ：
（1）工作效率低，有3%～5%的功率损耗。
（2）在输送机长时间工作时，偶合器发热量大，并浪费大量能量。
（3）调速型液力偶合器需要单独的水冷或风冷 ，浪费能源 ，比较麻烦。
（4）调速型液力偶合器的体积较大 ，控制反、应慢 ，显效时间长，精度差。
2.3综合以上调速型液力偶合器的优缺点，对多数带式输送机，特别是大型带式输送机，其启动控制性能完全可以满足要求，而且价格低，操作及维护简单，因此调速型液力偶合器是带式输送机可选的可控启动驱动方案。
3. CST可控驱动装置
3.1CST是将减速器与完成软启动的湿式线性离合器合二为一的可控驱动装置 ，它有以下优点 ：
（1）软启动特性好 ，启动过程中的加速及停 车过程中的减速均可控 ，具有优良的调速性能。
（2）具有过载保护功能。
（3）多机驱动负载功率控制调节性能好。
（4）运行可靠效率高。
3.2其缺点是 ：
（1）该装置制作工艺复杂 ，加工精度高 ，成本和投资大 ，经济性差。
（2）该装置为机、电、液一体化 ，结构复杂 ， 维护困难 ，备品备件依赖进口 ，后期运行成本高。
4. 液黏软启动
4.1液黏软启动是利用液体的黏性，即油膜剪切力来传递扭矩的新型机电液可控调速装置。该装置通过改变工作油压来调节油膜厚度 ，从而达到改变输出转速和转矩的目的。液黏软启动安装在电动机与减速器之间，具有以下主要性能：
（1）可实现无级调速和验带功能 ，即根据要求 ，能够实现负载的低速运行 ，调速性能好。
（2）输送机过载时，能够实现自动过载保护功能。
（3）能够实现电机空载启动，减少对机械和电器设备的冲击。
（4）可实现多电动机驱动功率相互平衡。
（5）能够实现可控减速，减速时间可长于自然停车时间，降低胶带张力。 （6）能够实现主、从动轴同步运行，传动比为 1的特点。
（7）正常工作时不需要水冷却系统，大大节省运行费用 ，利于设备维护。
（8）能够充分利用电机的最大转矩实现负载的软启动。
（9）能实现煤矿井下防爆 ，增强矿井安全。
4.2这种液体黏性软启动装置，工作原理和性能与CST基本相当，能够很好地满足带式输送机的软启动要求，且价格较 CST低得多。
5. BOSS软启动系统
5.1BOSS就是胶带最佳软启动及多点驱动系统。该系统具有以下优点 ：
（1）具有可控停车及可控制动功能。
（2）可配制多点驱动和多级驱动。
（3）具有长时间低速验带运行功能。
（4）电机可实现空载启动 ，电机启动时对减速器为零冲击。
（5）多机驱动时，功率平衡误差小于 2%。
（6）可按设定的曲线精确启动 ，既可实现内部过程控制 ，又可实现外部通讯及输入输出控制。
（7）可以选用多种牌号液压油 ，换油周期大于 2a。
（8）可以频繁启动 ，启动次数可达 18次 / h。
（9）启动加速度小于 0105m / s2。
（10）和减速器的配置性强 ，适宜于对现有胶带输送系统的升级改选。
（11）便于在高速端加装逆止和刹车装置。
（12）拆卸及装配简便 ，互换性强。
（13）适合于井下安装空间较小的场合使用。
5.2BOSS系统具有以上许多优点 ，但加工制造精度高 ，成本及价格高。
6. 变频调速驱动装置
随着变频技术的发展，交流变频调速驱动装置目前已经开始应用。该装置具有很好的可控启动和可控制动特性，启动时间可在1～3600s范围内任意设定，而且低速运行时输出扭矩大，因此可以实现重载启动，多机驱动时功率平衡性能好，电机启动电流小，可以实现就地和远程控制。随着变频技术的进一步发展，性能价格比不断提高，交流变频调速驱动装置将会在带式输送机上得到越来越广泛的应用。采用变频技术是目前国家提倡的一项新技术，它尤为对负载变化大且在初次投资时考虑发展余地时所选用，就此技术而言是一项成熟技术，但其初其投资成本高，运行费用大，现场维护和工况条件严格、对电网污染和通讯干扰等不足，对皮带机类负载变化不大的运行设备，一般情况下节电效果并不明显，因此对偏远地区一般不建议使用。
7. MST机械软启动
国内生产的MST机械软启动和国外品牌生产的CST机械软启动其工作原理和控制方式均一致，但在结构和性能上有较大差异。前者软启动制动器为内置，后者为独立外置，这一结构上的变革，使得后者使用性上有许多优点，主要有：
（1）采用分体模块化设计，传动与制动独立，无需CST那样的专用油，运行费用低。
（2）液粘制动器升速制动，制动力矩小，制动性能可靠，安全性高，寿命长。
（3）制动器磨损材料不能进入齿轮箱内，不会对轴承和齿面造成损坏。
（4）散热性能好，制动时的热量不与传动热量迭加，且在箱体外部，热量散发快。
（5）便宜于现场维修，若需更换摩擦片，现场既可以速体更换备件，也可更换摩擦部件，相当方便，无需进厂维护。
（6）投资省和运行费用低，不仅前期费用MST是CST的60%，而运行费用也只有它的20%左右。
（7）备件采购方便，由于MST为国产品，其备件在国内均能够采购，有利于库存管理。
（8）售后服务保障机制好，MST生产商目前在国内已建立了多个办事处，任何用户只要需求，他们都可在24小时内到达现场处理问题。
（9）MST具有2项国家专利，并获煤炭工业部2009年科学技术进步一等奖。
8. 软启动技术性能比较
（1）液力偶合器和其余软启动技术不在一个档次上，它的软启动效果非常差，起动时间往往只有几秒时间，为了使皮带机能顺利起动，通常使用的办法是增大电机功率，提高胶带的强度。即使这样，当皮带机重载起车时，往往还需要人工卸煤，待起车后再装载。由于液力偶合器带载起动时，对电网冲击很大，同时也冲击机架、滚筒、托辊和皮带，减少他们的使用寿命，造成皮带机使用成本的增加，同时由于液力偶合器为串联在传动链中，且均为高速旋转，因而最大缺点是密封易失效，且一旦出故障系统就瘫痪，不能继续运行，安全性差。
（2）在软启动装置中MST机械软启动装置的液粘制动器是并联在传动系统中，传动链简单，一旦出现故障一是可以整体更换，快捷方便，二是可以脱开后作为普通减速机空载启动继续运行，不至于完全停机影响生产。MST结构简单，现场人员经过培训后，可独自进行检修和维护，十分方便。
（3）CST机械软启动装置中的液粘制动器是内置式的，出现故障或维修需进厂进行，将会影响生产。同时它的使用成本很高，每年光换油就需要近20万元。
（4）变频器对负载变化大的工况条件节电明显，但投资成本高，运行费用大，现场维护和工况条件严格（需要空调控制室，房屋+大空调大约25万）、对电网污染和通讯干扰等不足，对皮带机类负载变化不大的运行设备，一般情况下节电效果并不明显。
（5）根据现场运行状况调研，液力偶合器安装维护方便，价格低，其使用的历史很长，已得到很广泛应运；变频调速虽然在大型胶带输送机应用中尚存在着一些问题，但是在中、小型胶带输送机中已得到较广泛的应用；CST软驱动装置价格高。为确保主斜井胶带机设备运行的可靠性、故本次设计中胶带输送机采用液力偶合器起动方式。驱动单元数量确定采用二个驱动单元；液力偶合器是一种软联接，可以改善启动性能，对减少电动机与负载启动的冲击具有很大的作用。由于本胶带机长度较短、计算轴功率小，选用限矩型液力偶合器，其价格低廉，为一种经济、实用的驱动方式。为保证胶带输送机安全可靠运转，DTII型带式输送机配用限矩型液力偶合器。
经多方案综合比较及对MST软启动等设备的调研情况 ，本次设计推荐MST软启动方式为主井带式输送机驱动方案。
经多方案综合比较及对MST软启动等设备的调研情况 ，本次设计推荐MST软启动方式为主井带式输送机驱动方案。
【关键词】限矩型；液力偶合器；调速型；CST；MST机械；软启动
阳煤集团南岭公司主斜井皮带机长586.8m，提升高度215.87m，输送量350t/h，带速2.5m/s，带宽1000m，倾角21°～15°，电机功率280KW（2台）。为防止动应力波造成的振动对带式输送机的损害，对主斜井输送机的驱动方式作了慎重的方案比较。由于硬启动方式会对带式输送机带来冲击，对输送机造成破坏。软启动驱动方式会避免动应力波造成的振动对带式输送机的损害。因此，通过对皮带软启动装置的对分析，确定软启动方式。
1. 限矩型液力偶合器
限矩型液力偶合器除了其启动特性不可控外，其优缺点和调速型液力偶合器基本相同，其体积较调速型液力偶合器要小。
限矩型液力偶合器有以下优点 ：
1.1低磨损免维护设计， 连接简单。
1.2设计紧凑， 便于井下运输和安装。
1.3在福伊特加大延充腔设计的基础上再采用福伊特专利设计的后辅腔， 可以大大提高充液量从而提高热容量， 增加热吸收能力， 并且后辅腔的设计可以使启动瞬间的力矩从零开始建立， 然后缓慢增加， 直到皮带机加速完成。
1.4TVVS系列偶合器最大的特点应该是能自动适应负载变化. 即在没有任何外在控制的前提下， 可以根据皮带机装载状况（满载， 空载， 或半空载等）自动调节输出力矩， 保证加载在皮带上的拖曳力矩始终能满足皮带机驱动要求， 并且不高于负载力矩的140%， 这样就很好的保证了系统各个部件的使用安全， 尤其是保护了皮带不受损坏， 并大大提高皮带的使用寿命。皮带空载情况下，启动时间为8～10s；皮带满负荷情况下，启动时间为25s左右。
1.5采用普通水介质，满足井下安全标准。此型号偶合器已经获得国家煤矿安全标准委员会颁发的进口设备煤炭安全标志认证。
此配置的优点是结构简单，缺点是由于起车性能差，启动特性不可控，一旦超载失效后易损坏，且维护恢复后传动效率将下降，必须采用以下环节解决：
（1）电机需要较大的裕度，通常K 取1.5～1.6。这样就造成了皮带机除了购置费用增加、起车时对电网冲击大外，浪费电费就成为一大顽症。
（2）由于液力偶合器的软启动效果非常差，为了提高皮带机的安全性，胶带安全系数取的很大，通常n取8～9，购置费用高。
（3）同样，由于液力偶合器的软启动效果差，对于滚筒、机架、托辊等主要部件冲击大，工作寿命低，使用成本高。
此软启动方式技术落后，与机械软启动和变频不属于一个档次的产品，没有可比性。
2. 调速型液力偶合器
调速型液力偶合器以液体为介质 ，通过电控系统调节勺管的移动 ，改变传递动力液体的流量 ，达到改变输送机的速度，并使加速度保持在0.11～0.13/m2的变化范围之内。
2.1调速型液力偶合器有以下优点 ：
（1）能够隔离扭振，减缓冲击，防止动力过载，保护电机、工作机不会因过载而损坏。
（2）用于多机驱动时，能协调功率平衡，减少电网冲击电流。
（3）易实现对工作机自动控制，操作简便。
（4）投资少，简化电器设备，降低运行费用。
（5）结构简单可靠，无机械磨损，能在环境恶劣条件下工作 ，无需特殊维护 ，使用寿命长。
2.2其缺点是 ：
（1）工作效率低，有3%～5%的功率损耗。
（2）在输送机长时间工作时，偶合器发热量大，并浪费大量能量。
（3）调速型液力偶合器需要单独的水冷或风冷 ，浪费能源 ，比较麻烦。
（4）调速型液力偶合器的体积较大 ，控制反、应慢 ，显效时间长，精度差。
2.3综合以上调速型液力偶合器的优缺点，对多数带式输送机，特别是大型带式输送机，其启动控制性能完全可以满足要求，而且价格低，操作及维护简单，因此调速型液力偶合器是带式输送机可选的可控启动驱动方案。
3. CST可控驱动装置
3.1CST是将减速器与完成软启动的湿式线性离合器合二为一的可控驱动装置 ，它有以下优点 ：
（1）软启动特性好 ，启动过程中的加速及停 车过程中的减速均可控 ，具有优良的调速性能。
（2）具有过载保护功能。
（3）多机驱动负载功率控制调节性能好。
（4）运行可靠效率高。
3.2其缺点是 ：
（1）该装置制作工艺复杂 ，加工精度高 ，成本和投资大 ，经济性差。
（2）该装置为机、电、液一体化 ，结构复杂 ， 维护困难 ，备品备件依赖进口 ，后期运行成本高。
4. 液黏软启动
4.1液黏软启动是利用液体的黏性，即油膜剪切力来传递扭矩的新型机电液可控调速装置。该装置通过改变工作油压来调节油膜厚度 ，从而达到改变输出转速和转矩的目的。液黏软启动安装在电动机与减速器之间，具有以下主要性能：
（1）可实现无级调速和验带功能 ，即根据要求 ，能够实现负载的低速运行 ，调速性能好。
（2）输送机过载时，能够实现自动过载保护功能。
（3）能够实现电机空载启动，减少对机械和电器设备的冲击。
（4）可实现多电动机驱动功率相互平衡。
（5）能够实现可控减速，减速时间可长于自然停车时间，降低胶带张力。 （6）能够实现主、从动轴同步运行，传动比为 1的特点。
（7）正常工作时不需要水冷却系统，大大节省运行费用 ，利于设备维护。
（8）能够充分利用电机的最大转矩实现负载的软启动。
（9）能实现煤矿井下防爆 ，增强矿井安全。
4.2这种液体黏性软启动装置，工作原理和性能与CST基本相当，能够很好地满足带式输送机的软启动要求，且价格较 CST低得多。
5. BOSS软启动系统
5.1BOSS就是胶带最佳软启动及多点驱动系统。该系统具有以下优点 ：
（1）具有可控停车及可控制动功能。
（2）可配制多点驱动和多级驱动。
（3）具有长时间低速验带运行功能。
（4）电机可实现空载启动 ，电机启动时对减速器为零冲击。
（5）多机驱动时，功率平衡误差小于 2%。
（6）可按设定的曲线精确启动 ，既可实现内部过程控制 ，又可实现外部通讯及输入输出控制。
（7）可以选用多种牌号液压油 ，换油周期大于 2a。
（8）可以频繁启动 ，启动次数可达 18次 / h。
（9）启动加速度小于 0105m / s2。
（10）和减速器的配置性强 ，适宜于对现有胶带输送系统的升级改选。
（11）便于在高速端加装逆止和刹车装置。
（12）拆卸及装配简便 ，互换性强。
（13）适合于井下安装空间较小的场合使用。
5.2BOSS系统具有以上许多优点 ，但加工制造精度高 ，成本及价格高。
6. 变频调速驱动装置
随着变频技术的发展，交流变频调速驱动装置目前已经开始应用。该装置具有很好的可控启动和可控制动特性，启动时间可在1～3600s范围内任意设定，而且低速运行时输出扭矩大，因此可以实现重载启动，多机驱动时功率平衡性能好，电机启动电流小，可以实现就地和远程控制。随着变频技术的进一步发展，性能价格比不断提高，交流变频调速驱动装置将会在带式输送机上得到越来越广泛的应用。采用变频技术是目前国家提倡的一项新技术，它尤为对负载变化大且在初次投资时考虑发展余地时所选用，就此技术而言是一项成熟技术，但其初其投资成本高，运行费用大，现场维护和工况条件严格、对电网污染和通讯干扰等不足，对皮带机类负载变化不大的运行设备，一般情况下节电效果并不明显，因此对偏远地区一般不建议使用。
7. MST机械软启动
国内生产的MST机械软启动和国外品牌生产的CST机械软启动其工作原理和控制方式均一致，但在结构和性能上有较大差异。前者软启动制动器为内置，后者为独立外置，这一结构上的变革，使得后者使用性上有许多优点，主要有：
（1）采用分体模块化设计，传动与制动独立，无需CST那样的专用油，运行费用低。
（2）液粘制动器升速制动，制动力矩小，制动性能可靠，安全性高，寿命长。
（3）制动器磨损材料不能进入齿轮箱内，不会对轴承和齿面造成损坏。
（4）散热性能好，制动时的热量不与传动热量迭加，且在箱体外部，热量散发快。
（5）便宜于现场维修，若需更换摩擦片，现场既可以速体更换备件，也可更换摩擦部件，相当方便，无需进厂维护。
（6）投资省和运行费用低，不仅前期费用MST是CST的60%，而运行费用也只有它的20%左右。
（7）备件采购方便，由于MST为国产品，其备件在国内均能够采购，有利于库存管理。
（8）售后服务保障机制好，MST生产商目前在国内已建立了多个办事处，任何用户只要需求，他们都可在24小时内到达现场处理问题。
（9）MST具有2项国家专利，并获煤炭工业部2009年科学技术进步一等奖。
8. 软启动技术性能比较
（1）液力偶合器和其余软启动技术不在一个档次上，它的软启动效果非常差，起动时间往往只有几秒时间，为了使皮带机能顺利起动，通常使用的办法是增大电机功率，提高胶带的强度。即使这样，当皮带机重载起车时，往往还需要人工卸煤，待起车后再装载。由于液力偶合器带载起动时，对电网冲击很大，同时也冲击机架、滚筒、托辊和皮带，减少他们的使用寿命，造成皮带机使用成本的增加，同时由于液力偶合器为串联在传动链中，且均为高速旋转，因而最大缺点是密封易失效，且一旦出故障系统就瘫痪，不能继续运行，安全性差。
（2）在软启动装置中MST机械软启动装置的液粘制动器是并联在传动系统中，传动链简单，一旦出现故障一是可以整体更换，快捷方便，二是可以脱开后作为普通减速机空载启动继续运行，不至于完全停机影响生产。MST结构简单，现场人员经过培训后，可独自进行检修和维护，十分方便。
（3）CST机械软启动装置中的液粘制动器是内置式的，出现故障或维修需进厂进行，将会影响生产。同时它的使用成本很高，每年光换油就需要近20万元。
（4）变频器对负载变化大的工况条件节电明显，但投资成本高，运行费用大，现场维护和工况条件严格（需要空调控制室，房屋+大空调大约25万）、对电网污染和通讯干扰等不足，对皮带机类负载变化不大的运行设备，一般情况下节电效果并不明显。
（5）根据现场运行状况调研，液力偶合器安装维护方便，价格低，其使用的历史很长，已得到很广泛应运；变频调速虽然在大型胶带输送机应用中尚存在着一些问题，但是在中、小型胶带输送机中已得到较广泛的应用；CST软驱动装置价格高。为确保主斜井胶带机设备运行的可靠性、故本次设计中胶带输送机采用液力偶合器起动方式。驱动单元数量确定采用二个驱动单元；液力偶合器是一种软联接，可以改善启动性能，对减少电动机与负载启动的冲击具有很大的作用。由于本胶带机长度较短、计算轴功率小，选用限矩型液力偶合器，其价格低廉，为一种经济、实用的驱动方式。为保证胶带输送机安全可靠运转，DTII型带式输送机配用限矩型液力偶合器。
经多方案综合比较及对MST软启动等设备的调研情况 ，本次设计推荐MST软启动方式为主井带式输送机驱动方案。